物理上-5 .热力学基础

系统与外界

热平衡与热力学第零定律平衡态气体的状态参量状态方程准静态过程及图示方法非静态过程理想气体的状态方程理想气体的内能及内能变化气体分子的自由度单原子i=t=3；双原子i=t+r=5；多原子i=t+r=6准静态过程中气体做功热量热功当量上节回顾定律内容：在封闭系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化过程中，外界传给系统的热量Q和外界对系统所作的功A'

的代数和等于系统内能的增量△E四、热力学第一定律注意点：1、热一律的本质2、A、Q、△E正负号的涵义4、无穷小过程的热一律dQ=dE+pdV5、热一律的另一种表述区别五、热力学第一定律对理想气体平衡过程的应用1、等体过程

但Q和A都是依赖于过程的物理量，下面通过分析几个特殊过程中的热量和功，学习不同过程中Q和A的计算方法0PVP1V等体线P2

气体体积保持不变的过程叫做等体过程．根据热力学第一定律，有依赖于始末状态2、等压过程0pVpV12等压线V等压过程的特征是dp=0根据热一律，有为什么？3、等温过程0pVp1p2V2V1pdV根据热一律和理想气体状态方程，有

等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外所作的功六、摩尔热容1、比热、热容量、摩尔热容比热：单位质量的物体温度每升高1K时所吸收的热量热容量：m千克质量的物体温度每升高1K时吸收的热量摩尔热容：1mol物质每升高1K时吸收的热量2、理想气体的摩尔热容

气态物质在状态变化过程中吸收的热量除了与温度的变化有关之外，还与具体过程有关▲定容摩尔热容1摩尔气体体积不变时，温度升高1K吸收的热量▲定压摩尔热容1摩尔气体压强不变时，温度升高1K吸收的热量等温过程绝热过程热容比引入了摩尔热容的概念之后注意点：七、绝热过程1、特征：⑴Q＝0⑵A＝－△E⑶p、V、T三个量都在变2、过程方程根据热一律，有①由状态方程可得②①②可得3、绝热线再利用理想气体状态方程，可得根据泊松方程在p-V坐标中画出的曲线称为绝热线0pVp2V2V1p1等温线绝热线将绝热线与等温线比较绝热线比等温线陡峭

如何解释？(1)从数学上看：(2)从物理上看：(3)从微观上看：§6－4循环过程及循环效率一、热机的工作过程及原理1、蒸汽机的工作过程热机.exe2、内燃机的工作过程内燃机.ppt

热机循环.avi3、共同点⑴有工作物质⑵吸热⑶对外作功⑷放出余热⑸都从初态开始二、循环过程1、循环过程的定义

系统从某一状态开始，经过一系列状态变化回到初始状态的过程热机.SWF奥托机.avi2、循环过程的特点△E＝0，Q＝A准静态循环过程在p-V、T-V、p-T图上为封闭曲线3、正循环及循环效率正循环在p-V图上沿顺时针方向循环，它反映了热机的工作原理0pV

系统在温度高的地方吸收热量增加内能，通过体积膨胀而对外作功；在温度低的地方放出余热，压缩体积回到初态

假定在一次循环过程中，系统从外界吸收的热量为Q1，放出的热量为Q2;对外所作的净功为A根据热力学第一定律，可知定义：

称为正循环的循环效率，它反映了热机将热能转化为机械能的能力，其物理涵义是热机对外所作的净功占吸收的热量的百分比。热机.SWF4、逆循环及制冷系数

逆循环在p-V图上是一条沿反时针方向旋转的闭合曲线。该曲线反映了制冷机的工作原理0pV

在逆循环过程中，通过外界对系统作功A，系统从低温区域吸热Q2，而在高温区域放热Q1，系统回到初态△E=0；根据热一律，可知定义：制冷系数

制冷系数反映了制冷机制冷的能力，其具体物理涵义是：从低温区域吸收的热量占外界作功的百分比。制冷机.SWF电冰箱.exe例1.如图所示，系统从状态a沿acb变化到状态b，有334J的热量传递给系统，而系统对外作的功为126J．例题分析（1）若沿曲线adb时,系统作功42J，问有多少热量传递给系统？（2）当系统从状态b沿曲线bea

返回到状态a时，外界对系统作功84J

，问系统是吸热还是放热？传递了多少热量？（3）若Ed

-Ea=167J，求系统沿ad及db变化时，各吸收了多少热量？解:

（1）若沿曲线adb时，系统作功42J，问有多少热量传递给系统？

（2）当系统从状态b沿曲线bea返回到状态a时，外界对系统作功84J，问系统是吸热还是放热？传递了多少热量？负号表示放热

（3）若Ed-Ea=167J，求系统沿ad及db变化时，各吸收了多少热量？例2.

设有5mol

的氢气，最初状态的压强为1.013105Pa、温度为20ºC，求在下列过程中，把氢气压缩为原来体积的1/10需要作的功：（1）等温过程；（2）绝热过程；（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？解：绝热过程等温过程（1）等温过程中如图所示绝热过程等温过程（2）气体为双原子气体，即=1.41，所以，在绝热过程（1—2）中所作的功为：（3）对于等温过程：对于绝热过程：例3.氮气液化、把氮气放在一个有活塞的由绝热壁包围的汽缸中．开始时，氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至1个标准大气压，从而使氮气液化，试问此时氮的温度为多少？

解:

把氮气视为理想气体，其液化过程可当作绝热过程．例4.水的汽化．在一个有活塞的汽缸里放有一定量的水，活塞与汽缸间的摩擦略去不计.汽缸壁的材料是用良导热材料制成，使加在活塞上的压强p维持为1.013105Pa，开始时，活塞与水面相接触,.此时,若使环境(即热源)的温度非常缓慢地升高到100ºC.

求把单位质量的水汽化为水蒸气，水的热力学能改变多少?已知水的汽化热为L=2.26106J•kg-1，水的密度为ρ水=1040kg•m-3，水蒸气的密度ρ蒸气=0.598

kg•m-3

解：如图，在水吸收环境热量被汽化的过程中，使质量为m的水汽化